Xe tự hành Curiosity của NASA đã phát hiện một hỗn hợp đa dạng các phân tử hữu cơ trên Sao Hỏa, bao gồm những hóa chất được xem là “cấu phần nền tảng” cho sự hình thành sự sống trên Trái Đất.
Phát hiện này đánh dấu lần đầu tiên một thí nghiệm hóa học kiểu mới được thực hiện trên một hành tinh khác.
Kể từ khi hạ cánh xuống Sao Hỏa ngày 6/8/2012, Curiosity đã liên tục thăm dò miệng hố Gale và núi Sharp. Hiện tại, chiếc xe tự hành cỡ một chiếc ô tô này đang di chuyển trong khu vực Glen Torridon của miệng hố Gale – nơi các nhà khoa học tin rằng từng có điều kiện thuận lợi để hỗ trợ sự sống cổ đại, nếu nó từng tồn tại.
Tại đây, Curiosity đã sử dụng bộ công cụ Sample Analysis at Mars (SAM) – được thiết kế để tìm kiếm các hợp chất chứa nguyên tố carbon liên quan đến sự sống, đồng thời nghiên cứu cách chúng được hình thành và phân hủy trong môi trường Sao Hỏa.
Công cụ SAM đã sử dụng một hóa chất gọi là tetramethylammonium hydroxide (TMAH) để phát hiện các phân tử hữu cơ trong đá sa thạch giàu đất sét của khu vực. Những hóa chất mới được xác định bao gồm các phân tử chứa nitơ và lưu huỳnh, tương tự những nguyên liệu thô đã góp phần khởi nguồn sự sống trên Trái Đất. Tuy nhiên, thí nghiệm này không thể xác định liệu các hợp chất đó có nguồn gốc từ sự sống cổ đại trên Sao Hỏa hay từ các quá trình địa chất phi sinh học.
Nghiên cứu về thí nghiệm TMAH đầu tiên của Curiosity do Amy Williams, phó giáo sư khoa học địa chất tại Đại học Florida (Mỹ), chủ trì và đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
“Thí nghiệm này và kết quả của nó là thành quả của niềm đam mê và khoa học,” Williams chia sẻ. “Đây là lần đầu tiên TMAH được sử dụng trên một thế giới khác, và nhóm chúng tôi đã làm việc rất kỹ lưỡng để phân tích và xác nhận các phân tử được phát hiện trong thí nghiệm tiên phong này.”
Đá sa thạch giàu đất sét
Thí nghiệm của Curiosity đã phát hiện hơn 20 phân tử hữu cơ từ các mẫu đá sa thạch chứa đất sét có tuổi đời khoảng 3,5 tỷ năm tại khu vực Knockfarrill Hill thuộc Glen Torridon. Sự đa dạng của các phân tử này cho thấy một phần sự phong phú hóa học đã được bảo tồn trong trầm tích cổ đại của Sao Hỏa, bất chấp hàng tỷ năm biến đổi địa chất và bức xạ.
Bài báo khoa học cho biết: “Chúng tôi cho rằng tập hợp các hợp chất hữu cơ này là sản phẩm phân hủy từ vật chất hữu cơ phân tử lớn cổ đại, được bảo tồn trong các đá trầm tích hàng tỷ năm tuổi tại miệng hố Gale.”
Williams cho biết các phát hiện của xe tự hành đã được xác nhận bằng những thiết bị khác. “Chúng tôi đã lặp lại quá trình xác định phân tử bằng các thiết bị SAM dự phòng để xác nhận kết quả,” bà nói. “Giờ đây chúng tôi có bằng chứng rằng các phân tử bị phân tách bởi TMAH có nguồn gốc từ các hợp chất carbon phức tạp hơn, được bảo tồn dưới bề mặt Sao Hỏa.”
Chất hữu cơ “bản địa” trên Sao Hỏa
Bài nghiên cứu mới nhấn mạnh rằng việc xác nhận vật chất hữu cơ trên Sao Hỏa là “trụ cột của các chương trình thăm dò robot hiện đại”, khi các cơ quan vũ trụ tìm cách hiểu khả năng tồn tại sự sống trong quá khứ và hiện tại của hành tinh đỏ.
Đáng chú ý, chỉ trong vòng một thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã tiến từ việc tìm kiếm phân tử hữu cơ sang xác định được các hợp chất hữu cơ “bản địa” của Sao Hỏa.
“Hiện chúng tôi đã sẵn sàng giải quyết câu hỏi về nguồn gốc của các hợp chất này – liệu chúng đến từ bên ngoài (thiên thạch, sao chổi, bụi liên hành tinh) hay được tạo ra tại chỗ,” nhóm nghiên cứu cho biết.
Việc xác nhận sự tồn tại của vật chất hữu cơ dạng phân tử lớn cũng mở ra khả năng các thí nghiệm TMAH tối ưu hơn trong tương lai có thể giải phóng những dấu hiệu sinh học cổ đại (nếu có) được bảo tồn trong các phân tử này.
Kết luận của nghiên cứu cho thấy kết quả từ thí nghiệm TMAH đã “mở rộng danh mục các phân tử hữu cơ được xác nhận hoặc suy đoán đã được bảo tồn qua thời gian địa chất dài trên bề mặt gần của Sao Hỏa, đồng thời xác nhận sự hiện diện của carbon dạng phân tử lớn trên hành tinh này.”
Các khu vực khác nhau trên Sao Hỏa
Các nhà khoa học cho biết những phát hiện của Curiosity có thể liên hệ với quan sát từ xe tự hành Perseverance của NASA.
Trong khi Curiosity sử dụng thí nghiệm TMAH để xác định các hợp chất hữu cơ vòng có nguồn gốc từ carbon phân tử lớn, Perseverance đã dùng một thiết bị khác để tìm bằng chứng về cả hợp chất hữu cơ vòng và carbon dạng phân tử lớn.
“Giờ đây chúng ta có bằng chứng về vật chất hữu cơ đa dạng và có thể phức tạp, được bảo tồn ở nhiều vị trí khác nhau trên Sao Hỏa và được phát hiện bằng các hệ thiết bị khác nhau. Điều này cho thấy carbon hữu cơ được bảo tồn tốt hơn trong thời gian dài trên Sao Hỏa so với những gì chúng ta từng nghĩ, bất chấp môi trường bức xạ khắc nghiệt,” Williams nói.
Công cụ phát hiện sự sống trong tương lai
Những kết quả mới này có thể rất hữu ích cho các thiết bị tìm kiếm sự sống trong tương lai thực hiện bởi robot hay phi hành gia, Williams nhận định và gọi thí nghiệm TMAH là “người mở đường cho các sứ mệnh hành tinh sắp tới”.
Các phiên bản của thí nghiệm TMAH hiện đang được tích hợp trong thiết bị Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) trên xe tự hành Rosalind Franklin của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, dự kiến thăm dò vùng Oxia Planum trên Sao Hỏa, cũng như trong thiết bị Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS) trên máy bay Dragonfly hướng tới mặt trăng Titan của Sao Thổ.
Williams cho biết các kết quả mới sẽ giúp định hướng thiết kế thí nghiệm cho các sứ mệnh tương lai.
Theo bà, các công cụ thế hệ tiếp theo có thể tập trung vào việc khai thác triệt để hơn các hợp chất hữu cơ này để hiểu rõ bản chất và nguồn gốc của chúng.
Bộ công cụ Sample Analysis at Mars (SAM) của Curiosity được thiết kế để tìm kiếm các hợp chất carbon liên quan đến sự sống. Ảnh: NASA
Các thiết bị trên Sao Hỏa đã phát hiện hơn 20 phân tử hữu cơ từ đá sa thạch giàu đất sét tại Glen Torridon, miệng hố Gale, thông qua bộ công cụ SAM trên Curiosity. Ảnh: NASA
